1. 개요
젖산 발효(乳酸醱酵, lactic acid fermentation)는 젖산균(유산균)과 같은 부류의 세균이 산소가 부족한 환경에 놓일 경우 시행되는 대사과정으로 동물의 근육세포에서도 흔히 관찰된다.일단 포도당 1몰이 해당과정을 거쳐 2몰의 ADP와 2몰의 NAD+를 2몰의 ATP와 2몰의 NADH로 바꾸고 피루브산 2몰로 분해된다. 해당작용은 미토콘드리아 없이도 진행될 수 있으며, 때문에 진핵생물 외에 원핵생물에서도 일어날 수 있다.
생성된 피루브산(pyruvate)은 NADH로부터 수소이온을 받아 젖산(lactate)으로 환원된다. 이상을 정리하면 아래와 같다.
2 pyruvate + 2 NADH → 2 lactate + 2 NAD+
위 과정을 매개하는 효소는 젖산 탈수소효소(lactate dehydrogenase)라고 부른다.
위에서 나온 2개의 NAD+가 해당과정에 들어가 아래와 같이 포도당(glucose) 1개에서 ATP를 2개 생성한다.
glucose + 2 ADP + 2 NAD+ → 2 pytuvate + 2 ATP + 2 NADH
참고로 젖산 탈수소효소 (lactate dehydrogenase, LDH)는 의학적, 임상적인 의미가 있어서 자주 처방되는 검사로, 근육 손상, 용혈 등 다양한 상황에서 혈중 농도가 증가한다.
젖산 발효의 의미는 해당과정에 필요한 NAD+를 재생성 하는 데 있다.
2. 무산소 운동
단거리 달리기와 같은 무산소 운동을 할 때, 부족한 ATP(아데노신3인산)를 얻기 위해 산소가 필요한 산화적 인산화가 가동되기 전 근육세포에서 젖산 발효가 먼저 진행되어 세포에 젖산이 축적되게 된다.해당과정까지는 산소를 필요로 하지 않기 때문에 유산소 운동 중 산소가 모자를 시 에너지를 끌어모으기 위해 해당과정을 많이 일으킨다. 그러면 해당과정을 돌리기 위한 NAD+가 모자라게 되고, NAD+를 보충하기 위해 무산소 호흡의 일종인 젖산 발효를 하여 NADH를 NAD+로 바꾼다. 이 과정에 생긴 젖산으로 인해 몸에 젖산이 축적된다. 유산소 운동 후 몸이 피로해지는 것은 Pi의 농도가 많아지면서 세포 내부에 인산 칼슘이 축적되고, Pi가 ATP의 가수분해를 억제하며, 고칼륨혈증이 나타나기 때문이다. 젖산은 근육의 피로를 유발하지 않으며, 오히려 근육의 피로를 억제하는 데 도움을 준다고 밝혀졌다.
운동중에 쌓이게 된 젖산은 다시 산소가 풍부해 지면 NAD+를 이용해 pyruvate로 변하며 분해된다. 혹은 운동중에 간이나 심장부근의 산소가 풍부한 세포로 가서 포도당 신생합성(gluconeogenesis)를 거쳐 glucose가 된 후 다시 근육 세포로 돌아와 에너지원으로 사용되기도 한다(Cori cycle).